JP2014018851A - 中子の製造方法および中子 - Google Patents

Abstract

【課題】可使時間が長い中子を製造することができる中子の製造方法、および、可使時間の長い中子を提供することを目的とする。
【解決手段】鋳物砂に、水、ベントナイト、ソルビット、並びに、ベントナイトよりも少量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質が含有された中子用生砂を製造する、中子用砂供給工程（ステップＳ１０）と中子用砂混練工程（ステップＳ１１）を備えた生砂調合工程と、中子用生砂を用いて中子を造型する中子造型工程とを有する中子の製造方法である。また、鋳物砂に、水、ベントナイト、ソルビット、並びに、ベントナイトよりも少量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質を少なくとも添加した中子用生砂で製造された中子である。
【選択図】図１

Description

中子用生砂を調合する生砂調合工程と中子用生砂を用いて中子を造型する造型工程を有する中子の製造方法、および中子に関する。

鋳物製品の外側を形成する主型として、生砂型、自硬性型、熱硬化性型、ガス硬化性型等の砂型が用いられる場合がある。生砂型に用いられる生砂は、一般的に、けい砂などの鋳物砂に、水とベントナイトが添加された砂である。生砂に添加されたベントナイトは、水分を保持することで粘結剤としての粘結力を発揮し、生砂型を固結させる。なお、生砂には、表面安定性の向上や鋳肌の改善等を目的として、澱粉やシーコール（石炭粉）等が添加される場合もある。

一方、自硬性型、熱硬化性型、ガス硬化性型に用いられる鋳物砂には、水は添加されず、水分がなくても型を固結あるいは硬化させる粘結剤が添加される。具体的には、粘結剤として、自硬性型には、水ガラスやフラン樹脂等が用いられ、熱硬化性型には、フェノール樹脂等が用いられ、ガス硬化性型には、フェノール・ホルムアルデヒド初期縮合物やアクリルアルコール樹脂等が用いられる。

これらの砂型のうち、生砂型は、強度は他の砂型に比べて低いものの、型を完成させるまでの工程が少なく造型費を安価に抑えることができる。このため、生砂型が自動車部品等の鋳造に広く用いられている。

これに対し、鋳物製品に中空部を形成するための中子は、一般的に、主型と比べて高い強度が要求されるため、生砂で製造される場合は少なく、熱硬化法やコールドボックス法等で製造される場合が多い。

主型に生砂を用いる場合には、鋳造した後の主型を崩して得た主型形成砂が、回収砂として主型の製造に繰り返し使用される。

また、鋳造に中子を用いる場合には、回収砂は、主型形成砂と、鋳造後の中子を崩して得た中子形成砂が混合したものとなる。熱硬化法やコールドボックス法等による中子の製造では、主型形成砂が混合した回収砂を用いることが難しく、新砂を用いることが多い。

そこで、本願出願人は、主型形成砂が混合した回収砂を用いて中子を製造することができる中子用生砂の調合方法を提案している（特許文献１参照）。この特許文献１に記載された中子用生砂の調合方法では、主型形成砂が混合した回収砂に、水およびソルビットを添加して中子用生砂を調合する。ソルビットを添加することで中子の強度が向上し、熱硬化法やコールドボックス法等ではなく、生砂で中子を製造することができるようになる。

特開平５−１６１９３９号

しなしながら、特許文献１に記載された中子用生砂の調合方法では、中子の強度を向上させることはできるものの、中子の可使時間の点で改善の余地がある。ここで、可使時間とは、生砂で製造された主型や中子において、所定の水分を保持し、所定の強度が維持されて鋳造に使用することができる時間をいう。一般的に、主型は、水やベントナイト等を鋳物砂に添加したものを混練して生砂を調合し、この生砂を用いて造型した後、直ぐに注湯されて使用されるため、それほど長い可使時間は必要にならない。一方、中子は、主型の製造に合せて製造する場合ばかりでなく、主型のラインとは別の場所で製造されて予め作り置きしておく場合もある。予め作り置きしておく場合には、中子は、主型と比べて長い可使時間が要求される。

本発明は上記事情に鑑み、可使時間が長い中子を製造することができる中子の製造方法、および、可使時間の長い中子を提供することを目的とする。

上記目的を解決する本発明の中子の製造方法は、鋳物砂に、水、ベントナイト、ソルビット、並びに、該ベントナイトよりも少量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質が少なくとも含有された中子用生砂を調合する生砂調合工程と、
前記中子用生砂を用いて中子を造型する造型工程とを有することを特徴とする。

ここで、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質とは、ポリアクリル酸ソーダを主成分とする粉末物質のことをいい、ポリアクリル酸ソーダを主成分とするとは、ポリアクリル酸ソーダを５０重量％以上含有していることをいう。また、鋳物砂は、新砂であってもよいし、回収砂であってもよい。ここで、新砂とは、鋳造に使用される前の鋳物砂のことをいい、回収砂とは、鋳造した後の主型や中子を崩して得た鋳物砂をいう。なお、回収砂から粘結剤等の除去を行った再生砂は、新砂に含まれる。

本発明の中子の製造方法によれば、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質が含有された中子用生砂を用いるため、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質によってベントナイトの保水性が向上し、可使時間が長い中子を製造することができる。ここで、含有されたベントナイトよりも多量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質が含有されると、ベントナイトの粘性が低下し、粘結剤としての機能が弱まるため好ましくない。

また、上記目的を解決する本発明における第２の中子の製造方法は、鋳物砂に水とベントナイトが少なくとも添加された生砂からなる主型を用いて鋳物製品を鋳造し、鋳造後の主型を崩して得た主型形成砂を含む回収砂を用いて中子を製造する中子の製造方法であって、
前記回収砂に、水、ソルビット、並びに、該回収砂に含有しているベントナイトよりも少量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質を少なくとも添加したものを混合し中子用生砂を調合する生砂調合工程と、
前記中子用生砂を用いて中子を造型する造型工程とを有することを特徴とする。

ここで、回収砂は、全てが主型形成砂であってもよいし、主型形成砂と中子を形成していた中子形成砂が混合されたものであってもよい。また、前記生砂調合工程では、ベントナイトを添加しても添加しなくてもよい。すなわち、生砂調合工程でベントナイトを添加しない場合は、前記回収砂に残留しているベントナイトを用いることになる。さらに、生砂調合工程でベントナイトを添加しない場合は、前記回収砂に添加するポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質の量を、前記回収砂に残留しているベントナイトの量よりも少なくすればよい。また、生砂調合工程でベントナイトを添加する場合は、前記回収砂に添加するポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質の量を、前記回収砂に残留しているベントナイトと回収砂に添加するベントナイトの合計量よりも少なくすればよい。

本発明における第２の中子の製造方法によっても、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質によってベントナイトの保水性が向上し、可使時間が長い中子を製造することができる。

さらに、上記目的を解決する本発明の中子は、鋳物砂に、水、ベントナイト、ソルビット、並びに、該ベントナイトよりも少量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質を少なくとも添加した中子用生砂で製造されたことを特徴とする。

ここで、鋳物砂は、新砂であってもよいし、回収砂であってもよい。

本発明の中子によれば、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質によってベントナイトの保水性が向上し、可使時間が長くなる。

本発明の中子の製造方法によれば、可使時間が長い中子を製造することができる中子の製造方法を提供することができる。また、本発明の中子によれば、可使時間が長い中子を提供することができる。

本発明の実施形態である中子の製造方法を実施する中子製造ラインと鋳造ラインを示す概念図である。 図１に示す中子製造ラインと鋳造ラインの製造工程を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態である中子の製造方法を実施する中子製造ラインと鋳造ラインを示す概念図である。

図１に示すように、本実施形態では、主型を製造し、この製造した主型を用いて鋳物製品を鋳造する鋳造ライン１と、中子を製造し、鋳造ライン１に中子を供給する中子製造ライン２を備えている。この中子製造ライン２で、本発明の中子の製造方法が実施される。

鋳造ライン１には、砂供給装置１１、主型用混練装置１２、主型造型機１３、中子納め装置１４、型合せ装置１５、注湯装置１６、および型ばらし装置１７がこの記載順に配置されている。

砂供給装置１１は、主型用混練装置１２および中子製造ライン２にそれぞれ鋳物砂を供給するものである。砂供給装置１１には、主型用混練装置１２および中子製造ライン２にそれぞれ鋳物砂を供給する砂供給口を備えたサンドタンクが用いられる。主型用混練装置１２は、砂供給装置１１から供給された鋳物砂に、水、ベントナイト、および所定の添加剤を添加して混練し、主型用生砂を調合するものである。主型用混練装置１２には、シンプソンミル、スピードマラー、連続ミル等が用いられる。

主型造型機１３は、主型用混練装置１２で調合された主型用生砂を用いて、主型の、上型と下型を造型するものである。主型造型機１３では、スクイズ（圧縮）、ジョルト（震揺）、ブロー（吹きつけ）、バイブレーション（振動）、あるいはそれらの組み合わせによって主型が造型される。主型造型機１３には、ジョルト・モールディングマシン、ジョルト・スクイズ・モールディングマシン、サンドスリンガー等が用いられる。中子納め装置１４は、主型造型機１３で造型された下型に、中子製造ライン２で製造された中子を納めるものである。

型合せ装置１５は、中子が納められた下型に上型を被せて主型を組み立てるものである。注湯装置１６は、溶解炉で溶解された溶湯を、主型内に注湯するものである。型ばらし装置１７は、主型と中子を崩し、主型に注湯された溶湯が冷却されることで凝固して形成された鋳物製品を主型から取り出すものである。また、型ばらし装置１７では、主型を崩して得た主型形成砂および中子を崩して得た中子形成砂と、鋳物製品とが分離され、鋳物製品に付着した砂が除去される。型ばらし装置１７には、シェイクアウトマシン、パンチアウトマシン等が用いられる。なお、型ばらし装置１７で取り出された鋳物製品には、鋳ばりや湯口の除去等の所定の仕上げ加工が施される。また、主型形成砂と中子形成砂は、ジャミ等の異物が取り除かれた後に回収され、回収砂として砂供給装置１１に搬送される。

中子製造ライン２は、中子用混練装置２１と、中子造型機２２を有している。中子用混練装置２１は、鋳造ライン１の砂供給装置１１から供給された鋳物砂に、水および所定の添加剤を添加して混練し、中子用生砂を調合するものである。中子用混練装置２１には、主型用混練装置１２と同様のものが用いられる。中子造型機２２は、中子用混練装置２１で調合された中子用生砂を用いて、中子を造型するものである。造型された中子は、中子納め装置１４に搬送され、下型に納められる。

次いで、図２を用いて、鋳造ライン１と中子製造ライン２で実施される製造工程を説明する。

図２は、図１に示す中子製造ラインと鋳造ラインの製造工程を示すフローチャートである。

図２に示すように、鋳造ライン１では、初めに、図１に示す砂供給装置１１から主型用混練装置１２に鋳物砂を供給する主型用砂供給工程を実施する（ステップＳ１）。主型用混練装置１２に供給される鋳物砂は、新たに砂供給装置１１に供給される新砂であってもよいし、図１に示す型ばらし装置１７から回収された回収砂であってもよい。

次いで、図１に示す主型用混練装置１２に供給された鋳物砂に、水、ベントナイト、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質、澱粉、およびシーコールを添加して混練する主型用砂混練工程（ステップＳ２）を実施し、主型用生砂を調合する。

水は、鋳物砂のＣＢ値（コンタクタビリティ）が、４０％程度になるように添加する。その他の添加物は、鋳物砂に対する含有量が、ベントナイトは９．０〜１６．５重量％、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質は０．００３〜０．０１重量％、澱粉は０．１〜０．６重量％、シーコールは強熱減量が２．５〜５．５重量％になるように添加する。ベントナイトは、上述したように鋳物砂どうしを結合させる粘結剤であり、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質は、ベントナイトの保水性を向上させるために添加するものである。また、澱粉は、すくわれの防止、表面安定性の向上等を目的として添加するものであり、シーコールは、鋳肌改善やピンホールの防止等のために添加するものである。

鋳物砂に回収砂を用いる場合は、この主型用砂混練工程で添加される、ベントナイト、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質、澱粉、およびシーコールや、後述する中子用砂混練工程で添加されるポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質のうち、後述する注湯工程において焼失しないで残留している分が回収砂に含まれている。このため、鋳物砂に回収砂を用いる場合には、主型用砂混練工程で添加される各種添加剤は、残留分と合わせた含有量が、上述した範囲になるようにそれぞれ添加される。なお、各添加剤がどの程度残留するかについては、予め調べておく。主型用砂混練工程では、ベントナイトの粘結性能が十分に発揮されるように、鋳物砂と、添加された水、ベントナイト及びその他の添加剤が均一に混練される。

次に、主型用砂混練工程で調合された主型用生砂を図１に示す主型造型機１３に搬送し、主型造型工程を実施する（ステップＳ３）。主型造型工程では、主型における、上型と下型が、それぞれ主型造型機１３で造型される。なお、上型には、ドリル等で穴が開けられ、溶湯を注ぎ込むための湯口カップが形成される。

次に、主型造型工程までの鋳造ライン１と並行して実施される中子製造ライン２の製造工程を説明する。

図２に示すように、中子製造ライン２では、初めに、図１に示す砂供給装置１１から中子用混練装置２１に鋳物砂を供給する中子用砂供給工程を実施する（ステップＳ１０）。中子用砂供給工程では、上述した主型用混練装置１２に供給される鋳物砂と同じ鋳物砂が、図１に示す砂供給装置１１から供給される。従って、中子製造ライン２で用いられる鋳物砂も、新砂の場合もあり、回収砂の場合もある。

次いで、図１に示す中子用混練装置２１に供給した鋳物砂に、水、ソルビット、およびポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質を添加して混練し、中子用砂混練工程（ステップＳ１１）を実施して中子用生砂を調合する。中子用砂供給工程と中子用砂混練工程が、本発明にいう生砂調合工程の一例に相当する。

中子用混練装置２１に供給した鋳物砂が新砂の場合には、ベントナイトも添加する。中子用混練装置２１に供給した鋳物砂が回収砂の場合は、上述した主型用砂混練工程で添加したベントナイトのうち、後述する注湯工程において焼失しないで残留している分が回収砂に含まれている。なお、主型用砂混練工程と同様に各添加剤がどの程度残留するかについては、予め調べておき、残留しているベントナイトが少なくなる傾向にある場合には、ベントナイトを添加してもよい。

水は、鋳物砂に対する含有量が２．７〜３．７重量％程度になるように添加する。ソルビットは、鋳物砂に対する含有量が、１．２〜１．６重量％になるように添加する。ソルビットは、中子の強度を向上させるものである。ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質は、鋳物砂に対する含有量が、鋳物砂に含有されたベントナイトおよびソルビットの双方よりも少量になるように添加する。具体的には、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質は、鋳物砂に対する含有量が、０．００３〜０．０１重量％、好ましくは、０．００５〜０．００８重量％になるように添加する。含有されたベントナイトよりも多量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質が含有されると、ベントナイトの粘性が低下し、粘結剤としての機能が弱まるため好ましくない。

次に、中子用砂混練工程で製造された中子用生砂を図１に示す中子造型機２２に搬送し、中子造型工程（ステップＳ１２）を実施して中子が造型され、中子製造ライン２における中子製造工程が終了する。以上説明したステップＳ２１およびステップＳ２２を実施することで、鋳物砂に、水、ベントナイト、ソルビット、並びに、該ベントナイトよりも少量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質を少なくとも添加した中子用生砂で製造された中子が製造される。

本実施形態の中子製造ライン２で製造される中子は、ポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質によってベントナイトの保水性が向上し、可使時間が長くなる。具体的には、中子用砂混練工程でポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質を添加しない以外は、本実施形態の中子製造ライン２と同様に製造した中子の可使時間は５日間程度であるのに対し、本実施形態の中子製造ライン２で製造した中子は、可使時間が７日間程度になり、２日間程度長くなる。このため、本実施形態の中子製造ライン２で製造された中子は、可使時間が長くなった分、貯蔵できる時間が長くなり、特に、中子を予め作り置きしておく場合に、在庫管理を容易にすることができる。また、本実施形態の中子製造ライン２で製造された中子は、回収砂を用いて製造する場合であっても、添加したソルビットによって、中子に要求される強度を十分に備えるものである。

続いて、主型造型工程で造型された下型と、中子製造ライン２で製造された中子を、図１に示す中子納め装置１４に搬送し、中子を下型の所定箇所に納める中子納め工程を実施する（ステップＳ４）。なお、中子製造ライン２が、鋳造ライン１とは別の場所で実施される場合は、中子製造ライン２で製造された中子が一旦所定の場所に貯蔵され、鋳造ライン１に合せて、貯蔵された中子のうちから所定量の中子が中子納め装置１４に搬送される。また、中子納め工程は、作業者が手作業で実施してもよい。

次に、中子が納められた下型と上型を、図１に示す型合せ装置１５に搬送し、下型に上型を被せて主型を組み立てる型合せ工程（ステップＳ５）を実施した後、組み立てた主型を、図１に示す注湯装置に搬送して、上型の湯口カップから溶湯を注湯して注湯工程を実施する（ステップＳ６）。

次いで、所定時間冷却することで主型内の溶湯を凝固させる冷却工程（ステップＳ７）を実施した後、主型を、図１に示す型ばらし装置１７に搬送して、図１に示す型ばらし装置１７を用いて型ばらし工程を実施する（ステップＳ８）。

次いで、分離した主型形成砂と中子形成砂を回収する砂回収工程を実施する（ステップＳ９）。回収した主型形成砂と中子形成砂は、ジャミ等の異物を分離した後、回収砂として図１に示す砂供給装置１１に搬送され、再び主型や中子の製造に用いられる。

以上説明したように、本実施形態の中子の製造方法によれば、可使時間が長い中子を製造することができる。また、本実施形態の中子によれば、可使時間を長くすることができる。

また、回収砂を用いることが難しかった熱硬化法やコールドボックス法等によって製造された中子を用いると、新砂で製造された中子の中子形成砂が主型形成砂に追加され、回収砂の全体量が増加してしまう。この回収砂は、主型の製造には利用できるものの、熱硬化法やコールドボックス法の中子の製造には利用できず、回収砂を用いた主型の製造では、増加した分の量に相当する砂を廃棄しなければならなくなる。しかしながら、本実施形態の中子の製造方法によれば、回収砂を使用して中子を製造することができるため、新砂を用いる必要がなく、この結果、回収砂から追加分の量に相当する砂を廃棄することが不要になる。

本発明は上述の実施形態に限られることなく特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形を行うことができる。たとえば、本実施形態の中子の製造方法では、主型と同じ砂供給装置１１から鋳物砂を供給することで、主型に用いる鋳物砂と同じ鋳物砂を用いて中子を製造しているが、主型の砂供給装置とは別の砂供給装置から鋳物砂を供給することで、主型に用いる鋳物砂とは違う鋳物砂を用いて中子を製造してもよい。

１ 鋳造ライン
２ 中子製造ライン
２１ 中子用混練装置
２２ 中子造型機

Claims (3)

1. 鋳物砂に、水、ベントナイト、ソルビット、並びに、該ベントナイトよりも少量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質が少なくとも含有された中子用生砂を調合する生砂調合工程と、
   前記中子用生砂を用いて中子を造型する造型工程とを有することを特徴とする中子の製造方法。
2. 鋳物砂に水とベントナイトが少なくとも添加された生砂からなる主型を用いて鋳物製品を鋳造し、鋳造後の主型を崩して得た主型形成砂を含む回収砂を用いて中子を製造する中子の製造方法であって、
   前記回収砂に、水、ソルビット、並びに、該回収砂に含有しているベントナイトよりも少量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質を少なくとも添加したものを混合し中子用生砂を調合する生砂調合工程と、
   前記中子用生砂を用いて中子を造型する造型工程とを有することを特徴とする中子の製造方法。
3. 鋳物砂に、水、ベントナイト、ソルビット、並びに、該ベントナイトよりも少量のポリアクリル酸ソーダ系の粉末物質を少なくとも添加した中子用生砂で製造されたことを特徴とする中子。